第12頁(第1/2 頁)

相對論

阿爾伯特•愛因斯坦的相對論在20世紀的物理學和天文學領域掀起了巨大的革命。它向科學引進了&ldo;相對論&rdo;的概念‐‐這個概念說的是在宇宙中，沒有什麼事物是處於絕對的運動狀態的，只有相對的運動狀態‐‐取代了艾薩克•牛頓兩百年來的機械理論。愛因斯坦說明瞭我們並不是居住在一個平坦的，歐幾裡得空間和統一絕對的時間裡，而是居住在另外一個時空彎曲的環境中。這個理論預先在物理學中佔據了重要地位，它帶著潛在的利弊，宣告了原子時代的到來。這使得人們能夠理解基礎粒子和它們相互作用的微波世界。它也改變了人們對宇宙的看法，比如對大爆炸、中子星、黑洞、重力波這些奇異的天文現象的預測。

相對論是一個單一的，包含了所有時空、重力和機械學的理論。然而它通常被看做是兩個獨立的理論部分‐‐狹義相對論和廣義相對論。這樣分類的一個原因是愛因斯坦在1905年提出了狹義相對論，而廣義相對論直到1916年才在最終版中被提出來。另一個原因是，這個理論的兩個部分適用於不同的領域：狹義相對論適用於微觀物理須領域，而廣義相對論適用於天體物理學和宇宙學領域。

第三個原因是，物理學家到了20世紀20年代才能接受和理解狹義相對論的概念。狹義相對論很快成為了那個時候迅速發展的原子物理學以及量子力學領域中的理論家和實驗家的一個工作道具。然而，廣泛的接受並不是廣義相對論出現的原因。這個理論似乎並沒有和狹義理論有直接的聯絡。大部分的應用還是用於天文學的標度上。廣義相對論很明顯地受制於新增了極小修正後的牛頓萬有引力理論。此外，其數學理論被認為是極其難以理解的。英國的天文學家愛丁頓爵士(sir arthur eddgton)是第一個能全面理解這個理論的人，曾經有人問及，是否在這個世界上只有三個人能理解廣義相對論。據說他的回答是：&ldo;誰是那第三個人?&rdo;

這種情形持續了大約四十年。廣義相對論不僅對物理學家，而且對於純粹的數學家和哲學家而言都是一門可敬的學科。然而，大概在1960年，人們對廣義相對論的興趣再次復甦，使其成為物理學和天文學裡的一個重要分支。這次復甦有其根源。首先，在大約1960年初，新的數學工具在廣義相對論上的運用，使得計算大大得到了簡化，這讓物理上的重要概念能同數學上的複雜性分別開來;第二，廣義相對論在發現外來天象上起著重要作用，其中包括類星體(1963)，3開氏度微波背景輻射(1965)，脈衝星(1967)和發現黑洞的可能(1971)。此外，在20世紀60和70年代，隨著科技的進步，新的高精密工具在實驗中得到運用，能測試出廣義相對論是否是正確的重力理論。

狹義相對論和廣義相對論中彎曲的時空之間的最大區別是程度上的不同。狹義相對論通常是接近於彎曲的時空，這個彎曲的時空在足夠小的時空區域裡是有效的，就如一個蘋果的整個表面如果取極小的一段來看也接近於平面一樣。針對在原子或者原子核物理中的大量應用，這種接近值非常精準，精準到相對作用能被假定為是正確的，換句話說，重力被假定為是完全不存在的。從這點看來，狹義相對論和它所有的推論都有可能來自於一個簡單的假設。但是在重力條件下，狹義相對論近似其自然本性，對等原則決定了物質是如何回應彎曲時空的。最後，廣義相對論是為了了解時空在物質存在下，能夠彎曲到何種程度。

狹義相對論

狹義相對論的兩個基本概念是慣性框架和相對論準則。慣性框架可以指向任何領域，比如自由落體實驗